Учёные создали работающий мозг в компьютере
Цифровой мозг такого типа может существенно помочь современной медицине
Учёные создали работающий мозг в компьютере / Фото: Freepik
На японском суперкомпьютере Fugaku смоделировали работу коры головного мозга мыши в цифровом формате. Система воспроизводит активность примерно десяти миллионов нейронов и миллиардов связей между ними, по которым проходят электрические сигналы, как в настоящем мозге. Исследователи могут останавливать модель, возвращаться к нужному моменту, изменять настройки и запускать процесс снова. Это позволяет одновременно наблюдать, что происходит в 86 участках коры, и детально анализировать, как формируются реакции и обрабатывается информация. При этом животное не нужно трогать или подвергать каким-либо манипуляциям, ведь вся работа происходит внутри компьютерной симуляции.
Это стало возможным благодаря мощности Fugaku, который может выполнять до 400 квадриллионов вычислений в секунду. Учёные говорят, что теперь технически реально воспроизвести полную кору головного мозга мыши на одном из самых быстрых компьютеров мира и сделать это настолько детально, чтобы модель повторяла электрическое поведение отдельных клеток. Для построения симуляции команда взяла подробные биологические карты Института Аллена и воспроизвела кору слой за слоем, с учётом разных типов клеток и их связей, после чего запустила эту систему на Fugaku. Отдельно подготовили специальные визуализации, которые позволяют рассматривать работу модели на микроуровне, вплоть до отдельных синапсов, и видеть, как именно нейроны передают сигналы.
В этом проекте важен не только масштаб. Модель воспроизводит реальное строение коры, то есть какие именно типы клеток в ней есть, как они соединены между собой и как вместе формируют активность. Самое практическое применение этой симуляции связывают с исследованием болезней мозга. На ранних этапах, например при болезни Альцгеймера или эпилепсии, в коре могут незаметно изменяться отдельные элементы сети, исчезать определённые типы клеток или перестраиваться связи между ними. В цифровой модели эти изменения можно специально воспроизвести и посмотреть, как именно они влияют на работу всей системы. Даже небольшие сдвиги, которые ещё не проявляются внешне, в симуляции видны чётче, поэтому учёные могут отличить действительно важные изменения от второстепенных и понять, что потенциально может стать ранней целью для лечения. Именно это медицинское, прикладное направление сейчас и называют основным.
Параллельно работа выходит за рамки сугубо медицины и поднимает вопросы о том, как мозг создаёт восприятие и идеи и можно ли когда-либо приблизиться к пониманию сознания. Авторы считают, что биологически точные симуляции со временем могут помочь исследовать такие механизмы, ведь платформа уже способна воспроизводить определённые паттерны сигналов и проверять, что именно ими управляет. Следующий шаг, на который рассчитывают, это модели с непрерывной внутренней активностью, которая продолжается сама по себе, вне зависимости от внешних раздражителей. Это позволило бы тестировать, что нужно сети нейронов, чтобы стабильно работать на "собственном импульсе" и памяти.
Именно здесь возникает самая острая дискуссия о том, обязательно ли для разума нужна биологическая основа или кремниевая среда тоже может быть достаточной. Один из исследователей предполагает, что "мыслящая" сущность теоретически может существовать на аппаратном обеспечении, ведь речь идёт о физических процессах, и он не знает законов природы, которые бы требовали, чтобы они возникали только в живой ткани. В то же время звучит важное предостережение: по некоторым теориям разные типы оборудования могут имитировать одинаковую активность, но только часть архитектур способна порождать сознание. То есть дело не только в том, чтобы повторить ритмы сигналов, а и в том, какой именно физический механизм стоит за этими ритмами и имеет ли система правильную причинно-следственную структуру.
Критики отмечают, что самая слабая сторона этой истории в том, что до сих пор нет надёжного способа измерить сознание. Не существует теста, который мог бы однозначно доказать, что система что-то "переживает", а даже поведение или слова не всегда являются гарантией внутреннего опыта. Параллельно ставят под сомнение и идею, что можно создать действительно полную модель коры без подкорки и тела, тем более что есть данные, которые намекают, что опыт может сохраняться даже без новейших корковых структур. Отдельно упоминают и то, что в модели пока не хватает важных биологических элементов, в частности пластичности, то есть изменений нейронов под влиянием опыта, и нейромодуляции – химической системы, которая тонко настраивает работу мозга.
В ответ сторонники подхода признают эти ограничения, но подчеркивают, что симуляция даёт уровень доступа, которого почти невозможно достичь в экспериментах на живых животных. Здесь можно видеть всю картину, останавливать процесс в нужный момент, возвращаться назад и проверять разные сценарии.
То, что обычно оказывается в мусоре, может получить неожиданно полезное продолжение. В шотландской лаборатории учёные показали процесс, в котором химические вещества, полученные из пластиковых бутылок, превращаются в парацетамол.
Ещё новости на схожую тему, которые могут заинтересовать:
Не пропустите интересное!
Подписывайтесь на наши каналы и читайте новости в удобном формате!
